CN1252784C

CN1252784C - 成像装置

Info

Publication number: CN1252784C
Application number: CNB031284981A
Authority: CN
Inventors: 山野边正人; 岸文夫
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: EP0865069A3; CN1230865C; DE69832835D1; KR19980080273A; KR100432111B1; US20030137235A1; CN1202722A; KR100445620B1; US6787983B2; DE69832835T2; EP0865069B1; CN1516224A; EP0865069A2

Abstract

一种成像装置，包括：壳体；设在所述壳体内的电子源；设在所述壳体内的加速电极，用于加速电子源射出的电子；由所述壳体引出的所述加速电极的施加电压端；以及围绕所述加速电极的所述施加电压端的引出部位设置的导电构件。所述导电构件接地。所述部位是位于设置了所述电子源的一侧基板上。

Description

成像装置

本申请是申请号为98108869.4，申请日为1998年3月13日，发明名称为“成像装置”专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种成像装置，例如一种包括一个电子源的图像显示装置。

背景技术

CRT(阴极射线管)是常用的成像装置，它们应用了电子束并早已被广泛地使用。

近年来，使用液晶的平板型显示装置已逐渐普及，逐渐代替了CRT。但是，它们不是发射型显示装置，并伴随许多问题，这些问题包括需要背照光，因此非常需要发射型显示装置。尽管目前将大批等离子体显示装置用作发射型显示装置，但是它们基于一种与CRT的发光原理不同的原理，并且在装置所显示的图像的对比度和色彩性能方面无法与CRT相比。同时，已为在实现一种平板型成像装置方面的研究与开发作出了努力，其中通过设置多个电子发射元件来实现这种装置，这种平板型成像装置可与CRT在所显示的图像画质方面相比。例如，日本专利申请公开平4-163833公开了一种平板型电子束成像装置，通过在一个真空壳体中安装线性热阴极和复杂的电极结构获得这种平板型电子束成像装置。

通过包括一个电子源的成像装置，射自电子源以撞击一个成像构件的电子束能够部分地与真空壳体的内壁相撞，以使它发射二次电子并被充电，从而升高了电子束所击中的内壁局部区域处的电势。然后，真空壳体表现出一个畸变电势分布，从而不仅产生了不稳定的电子束轨迹，而且发生了内部放电现象，以致该装置降质并最终使该装置损坏。

充电区域表现出一个升高的电势并吸引电子，这些电子进一步轮流升高这些区域的电势，直到它们沿真空壳体的内壁对电子放电为止。已知的用来防止在真空壳体的内壁上发生充电及其后来的放电的方法包括在真空壳体的内壁上形成一层具有适当阻抗的防充电膜。日本专利申请公开平4-163833公开了一种成像装置，它包括一个高阻抗导电材料的导电层，该导电层设在这种成像装置的玻璃壳体内壁的侧面。

但是，如日本专利申请公开平4-163833中所述的一种平板型电子束成像装置，它具有一个可观的厚度，因为该装置的玻璃壳体具有专门设计的结构，这种结构中包括水平与垂直偏转电极。另一方面，需要将电子束成像装置用作便携式信息处理终端，它们象一个液晶显示装置一样薄而且重量轻。

与用来获得非常薄的成像装置的努力相一致，本专利申请的申请人已对表面传导电子发射元件和含这些元件的成像装置作出了许多改进。例如，日本专利申请公开平7-235255描述了一种具有一个简单结构的电子发射元件。可在相对较大的区域范围内设置大量这样的元件，以获得一个非常薄的电子束成像装置，而无需采用象电极结构那样的复杂结构。

在一种处于研究状态的成像装置中，在电子源与成像构件之间施加一个电压以加速电子。如果将普通的荧光体用于成像构件，则希望将该电压升到至少几千伏的水平，以便提供具有所希望的色彩效果的发射光。

那么，在一个非常薄的成像装置中，就增大了放电的危险，因为真空壳体的内壁在成像构件和电子源之间只有一个短的长度。

具体地说，当在成像构件和电子源之间施加一个电压以加速电子时，尤其当真空壳体的内壁在成像构件与电子源之间只有一个短的长度时，沿真空壳体的内壁产生一个强电场。如前所述，射自电子源的电子束能够部分地与真空壳体的内壁相撞以使它发射二次电子并被充电，从而升高由电子束所击中的内壁局部区域处的电势。然后，一些通过强电场所加速的二次电子能撞击真空壳体的内壁以再次引起充电和发射二次电子。

因而，如果要将成像装置做得更薄，则存在一个改进成像装置的需要，因为要做得更薄就增大了放电的危险。

如果沿真空壳体的内壁发生了这样一个放电现象，则暂时出现一个大电流，该大电流主要流入电子源，然后通过设在电子源内的导线流到地下。

那么，如果具有一个强度的电流流过电子源的所有或部分电子发射元件，其中该强度超出了驱动电子发射元件的正常工作所允许的范围，则可能降低它们的性能，并且在某些情况下可能损坏一些元件。那么，可能丢失显示于成像装置上的图像，如果是部分丢失，则显著降低了图像的画质并使该成像装置不再工作。

另外，如果由放电所产生的电流借助接到电子源驱动电路上的导线流入该电路，则还可能损坏该电路。

发明内容

鉴于在研究状态下的那种已知的成像装置的上述技术问题，因此本发明的主要目的在于提供一种成像装置，它包括一个电子源，如果在该装置中发生放电，则该电子源能使损毁和破坏电子源与电子源驱动电路的危险最小。

根据本发明，一种成像装置，包括：壳体；电子源，设置在所述壳体内；成像部件，设置在所述壳体内，并且其上被施以一个用以加速从所述电子源射出的电子的电压；从所述壳体引出的施加电压端，用以向所述成像部件施加电压；以及围绕所述施加电压端的引出部位而设置的导电部件。

附图说明

图1是按照本发明的成像装置的一个实施例的平面示意图，表示出背板和支撑架的结构；

图2A、2B和2C是图1的实施例分别沿图1中的线2A-2A、2B-2B和2C-2C的局部剖面示意图；

图3A、3B、3C、3D和3E是不同制造步骤下的按照本发明的成像装置的局部平面示意图；

图4是按照本发明的成像装置的石英板以及其上安装的低电阻导电构件的透视示意图；

图5A和5B是曲线图，表示出两个不同的脉冲电压，对本发明来说，可将它们用于形成一个表面传导电子发射元件的电子发射区；

图6A是一个测量***的示意性框图，该***用来验证按照本发明的成像装置的效果；

图6B是一个曲线图，示意性地表示出采用图6A中的测量***所测到的电流；

图7A和7B是按照本发明的成像装置的另一个实施例的局部示意图；

图8A和8B是一个平面图和一个剖面图，它们示意性地表示出可用于本发明目的的一个表面传导电子发射元件；

图9是一个曲线图，表示出图8A与8B中的表面传导电子发射元件的典型电特性；

图10A和10B是可用于本发明目的的两个典型的成像构件；

图11A是一个等效电路的电路图，它用来说明本发明的作用效果；

图11B是按照本发明的成像装置的一个局部剖面示意图，说明了与图11A中的等效电路相对应的结构；

图12A和12B是一个平面图和一个局部剖面图，它们示意性地表示出按照本发明的成像装置的另一个实施例；

图13是按照本发明的成像装置的又一个实施例的平面示意图；

图14是按照本发明的成像装置的再一个实施例的平面示意图。

具体实施方式

现在，将通过优选实施例详细描述本发明。

按照本发明的成像装置的一个优选实施例包括：一个真空壳体，它由一对相对设置的平板和安装在平板之间的侧面构件构成；一个电子源，它安装在所述一对平板中的一个的内表面上，并在其上装有多个电子发射元件(下文将载有电子源的平板称为背板)；一个成像构件，它面对电子源安装在另一平板的内表面上(下文将载有成像构件的平板称为面板)，在电子源与成像构件之间施加一个电压以加速电子；和一个低电阻导电构件，它安装在背板上电子源的周围并通过一条低阻抗电流路径(下文称为“接地线”)与地相连。当最好是接地线具有尽可能小的阻抗时，接地线需满足的最重要的要求是，如果发生放电现象，则由放电所产生的电流大部分通过低电阻导电构件和接地线流到地，以充分减少流入电子源中的电流。

流过低电阻导电构件和接地线的放电电流到什么程度取决于该电流路径与其他电流路径的阻抗比(下文分别用Z和Z’表示)，并且由于该电流路径的阻抗与一个频率的函数成正比，所以必须观察放电中的频率成分。通过观察沿平板型电子束成像装置的真空壳体内壁发生的放电现象的实验，已发现，虽然一般地放电现象持续几秒钟，可是仅在小于放电持续时间的十分之一的时间或0.1微秒内就可流过一股大的放电电流。因此，对于低于10MHZ的频率Z应比Z’足够小。高于10MHZ的频率成分逐渐消失但这些频率成分一般表现出一个放电的快速增长量，这些频率成分包括那些接近1GHZ的频率成分。因此，为避免因放电所造成的损坏，对于低于1GHZ的频率Z应比Z’足够小。

如下文将要描述的那样，当接地线的电阻比任何其他电流路径的电阻的1/10、最好是1/100还低时，就非常令人满意地满足了上述要求。

图11A是一个简化了的等效电路的电路图，它表示出在按照本发明的成像装置中发生放电现象时所产生的电流。图11B是与图11A的等效电路相对应的一个成像装置的示意性局部剖面图，它也表示出在该装置中发生放电现象时所产生的电流。在图11B中，表示出一个背板1、一个电子源2、电子源驱动导线3、一个支撑架4、一个低电阻导电构件5、一个面板11、一个成像构件12和一个绝缘构件13。绝缘构件13可以是一个通过印制而形成的绝缘层或者是一块玻璃或陶瓷绝缘板。可以通过用一种印制工艺涂敷玻璃糊状物然后烘干玻璃糊状物来完全制成绝缘构件13。换句话说，可将一种玻璃或陶瓷板用作绝缘构件13的一部分，以便使绝缘构件13具有足够的绝缘度，防止发生绝缘击穿。在本发明的实施例中，在真空壳体的内壁上设置一个防充电膜14。应注意到，在图11A中，节点61对应于成像构件12，节点62对应于低电阻导电构件5，而节点65表示电子源的一个电子发射元件，节点63和64分别表示该电子发射元件的各个相对的电极。尽管电子源包括多个电子发射元件，但为简单起见，在图11A中仅表示出一个元件。参考数字66代表成像构件12与电子源2之间的电容。

参考符号Z₁代表成像构件12与低电阻导电构件5之间的阻抗，在正常条件(在这种条件下无充电)下由于防充电膜14使该阻抗较大，但是一旦发生放电，该阻抗就会明显减小以使电流I流过。参考符号Z₂代表电流i₁从低电阻导电构件5本身流入地所流经的阻抗。参考符号Z₃代表电流i₂流经绝缘层、真空壳体的玻璃板、用来粘接的熔结玻璃和成像装置的支撑架并流入地的阻抗，不过当为绝缘层选择一个足够大的电阻时可使该电流i₂非常小并可忽略不计。参考符号Z₄代表电流i₃经防充电膜14流入电子源、然后又经电子源驱动导线3流入地所流经的阻抗。参考符号Z₅代表电流i₄经防充电膜14流入电子源、然后流入电子发射元件2所所流经的阻抗。参考符号Z₆代表电流(也用i₄表示)流经电子发射元件2、然后通过在元件2的相对端处的导线流入地的阻抗。应注意到，图11A的等效电路是本发明的实施例的一个简化了的表现形式，它只表示出对本发明来说最重要的元件，不过，严格地说，本发明的实施例包含有复杂的因素，例如把电子源驱动导线3连接到电子源驱动电路上的问题和在任意两个元件间可能存在电容耦合的问题。

对本发明来说，一旦出现放电电流并且放电电流流入低电阻导电构件，则应使大部分放电电流流入地(如电流i₁)以充分减小余下的电流i₂、i₃和i₄。应注意到，在这些电流中，电流i₄可以损坏电子发射元件。尽管上文并未指出，但电流i₂可以损坏真空壳体和该装置中的熔结玻璃，不过可以通过如上所述的为绝缘层选择一个足够大的电阻使i₂电流变小。这样，阻抗Z₂与前面所述的阻抗Z相对应，Z₃到Z₆的复合阻抗与前面所述的阻抗Z’相对应。尽管(Z/Z’)的小比值对本发明来说是有效的，但对于低于10MHZ的频率来说，要求(Z/Z’)的值≤1/10。(Z/Z’)的值≤1/100会使本发明的效果更可靠。对于低于1GHZ的频率来说，最好是(Z/Z’)＜＝1/10的关系式成立。

尽管可将防充电膜设置在以上所述的真空壳体的内壁上，这种设置对于减小充电现象出现的可能性很有效并由此提供实施本发明的一个优选模式，但是也可以不必以这样一种方式设置防充电膜。因为防充电膜在其表现出一个大的表面电阻时是无用的，所以它应表现出某种程度的导电性，不过如果表面电阻太小，则在成像构件与低电阻导电构件之间可流过一大电流，从而增大该装置在正常工作条件下的功耗。因此，应有一个在一限定范围内尽可能大的表面电阻，它用来使防充电膜有效。虽然表面电阻可根据成像装置的结构变化，但是最好在10⁸与10¹⁰Ω/□的范围内为表面电阻找到一个值。

将按照本发明的成像装置的低电阻导电构件完全环绕电子源设置，以便使其工作最可靠，不过也可以以许多不同的方式设置它。例如，可以将它只设在电子源的一侧(或两侧)，从而可以很容易引起放电。如果射自电子源的电子发射元件的一些电子的动量具有一个沿背板表面的一个特殊方向上的分量，则多数由成像构件所反射和散射的电子将会同位于该特殊方向端部的真空壳体内壁的一部分相撞，从而很可能会在该部分发生放电。因此，如果仅将低电阻导电构件设置在电子源的一侧，在该侧有上述可能发生放电的内壁的一部分，则低电阻导电构件将会非常有效。

在按照本发明的成像装置的接地线中，其连接真空壳体的内部与外部的部分(下文称作“接地端”)可采用各种使它能表现出一个足够低的阻抗的形式。例如，可以毫无困难地为接地线在背板上设置一根导线，该导线在低电阻导电构件与背板的一端之间，然后使该导线经过背板与支撑架之间，用熔结玻璃把背板与支撑架相互粘接在一起。尽管从减小导线的阻抗的观点出发最好导线具有大的宽度与高度，但是如果它太厚，也会防碍装配真空壳体。尽管该导线的宽度可以比沿其上设置该导线的背板的宽度稍小些，可是在该导线与电子源驱动导线之间能产生一个大电容，则如果将电子源驱动导线设置在具有一较大宽度的导线上，该大电容会反过来影响对电子源的驱动工作，在这两者导线之间设由一绝缘层而形成一个多层结构。那么，必须采取措施以消除这样一个大电容。最好是在一个未设电子源驱动导线的区域中设置接地端。

虽然采用宽导线以减小接地端的阻抗对于防止部分放电电流漏入并损坏熔结玻璃也是有效的，不过当以这样一种形式来获得接地端，即，一个足够大的金属棒穿过形成于面板或背板中的一个通孔并且镀有象氧化铝或陶瓷这样阻止任何(离子)放电电流流过的材料时，可使得该效果更可靠。

从设计的观点来看，当将成像装置用于一个电视接收机或类似装置中时，最好使高压连接端与成像装置的上述接地端都穿过形成于背板的一个通孔——该高压连接端用来将成像构件连接到一个高压源，因为这样就可以在成像装置的后面找到高压源与地的连接点，不过可能须采取措施以防止发生于绝缘镀层表面上的放电现象，该放电现象因通过高压连接端的绝缘镀层施加于成像构件和背板间的高压而发生。还必须在高压连接端的通孔周围设置一个低电阻导电构件，并将其电连接到在电子源周围设置的低电阻导电构件上。另一方面，可以将这两个低电阻导电构件制成一个单导电构件的组成部分。

现在，将参照图1和图2A至2C描述按照本发明的成像装置的第一实施例。图1是第一实施例的一个平面示意图，表示去除面板后的内部结构。参见图1，参考数字1代表一个背板，将它设计成如电子源的衬底那样工作，它由一种材料制成，根据使用条件可从碱石灰玻璃、表面涂有二氧化硅层的碱石灰薄层玻璃、含低浓度钠的玻璃、石英玻璃和陶瓷中选择该材料。应注意到，可将一个分离衬底用于电子源，在装配了电子源之后将该分离衬底粘到背板上。参考数字2代表一个电子源区，其中设有多个诸如导电电子发射元件之类的电子发射元件并用导线适当连接它们，以便按照该装置的要求适当地驱动它们。参考符号3-1、3-2和3-3代表用来驱动电子源的导线，将它们部分抽出到真空壳体的外面并连接到一个电子源驱动电路上(图中未示)。参考数字4代表夹在背板1与面板(图中未示)之间的一个支撑架，用熔结玻璃将该支撑架粘到背板1上。在把电子源驱动导线3-1、3-2和3-3抽出到真空壳体的外面之前，在支撑架4与背板1的接合处将这些导线3-1、3-2和3-3埋入熔结玻璃中。参考数字5代表一个低电子导电构件，它是按照本发明的成像装置的特征所在，将它设置在电子源2的周围。在低电阻导电构件5与电子源驱动导线3-1、3-2和3-3之间设置一个绝缘层(图中未示)。在低电阻导电构件5的四个角上分别设置适于连接接地线端的宽的接合部分6。参考数字7代表一个通孔，它允许一个高压引入端从其中穿过，以便为面板(图中未示)上的成像构件提供一个高电压。另外，必要时在成像装置中安装一个吸气器8和一个吸气器遮护吸气器遮护板9。

图2A、2B和2C分别表示出沿图1中的线2A-2A、2B-2B和2C-2C的图1实施例的示意性局部剖面图。在图2A中，表示出面板11、由一层荧光层和一层又称作金属敷层的金属膜(例如铝膜)构成的成像构件12、只在需要时设置的绝缘层13和形成于真空壳体的内部上的一层防充电膜14。应注意到，需要的话，防充电膜14不仅形成于真空壳体内部的玻璃层上，还形成于成像构件12和电子源2上。设在电子源2上的防充电膜还能够防止发生充电现象。

如上所述，只要在10⁸与10¹⁰Ω/□之间找到防充电膜的表面电阻一个值，任何可出现在电子源的电子发射元件和导线中的漏电流不会引起任何问题。

只要是具有一个所需的表面电阻和一个足够稳定性的任意一种材料都可以制作防充电膜。例如，可以采用一种通过分散微小的石墨颗粒达到适当浓度所获得的薄膜。由于可将这样一种薄膜制作得足够薄，所以分布在成像构件的金属敷层上的微小的石墨颗粒薄膜并不表现出任何有害的作用，例如减少那些撞击成像构件的荧光体以使它们发光的电子的数目。另外，当与通常是铝的金属敷层的材料相比时，由于这样一种薄膜通常很少会导致发生电子的弹性散射，所以这种薄膜能够有效地减少可能引起充电的散射电子数目。

当沿具有上述结构的真空壳体的内壁发生放电时，所产生的放电电流经过施加有高电压的成像构件12和真空壳体的内壁流入低电阻导电构件5中，然后大部分的放电电流经低阻抗接地线流入地，从而有效地避免了可能经导线3-1流入电子源2的电流和另外经真空壳体的玻璃和其他构件流入地的电流。

在图2B中，将接地端15连接到低电阻导电构件5的接合部分6上，接地端通常包括导体16和绝缘体17，其中导体16是一个银或铜金属棒，它具有足够大的截面(例如，一个具有2mm直径或具有每厘米5mΩ那么小的电阻率的铜棒或铝棒)，并镀有金镀层以减小表面的接触电阻。最好是，将低电阻导电构件5的接合部分6也镀上金或用金制成它以减小接触电阻。

那么，可以通过将接地端15的连接件接到地上来把从低电阻导电构件5直到地间的电流路径的整个电阻减小到低于1Ω。

另一方面，通过减小接地端15与地间的距离可以把接地线的自感应系数减小到低于10^-6H。这样，还可以把10MHZ频率分量下的阻抗减小到约低于10Ω。那么，1GHZ频率分量下的阻抗最多为1KΩ。

假设这里没有接地线。那么，低电阻导电构件5与地间的电流主要流过背板(若设置了防充电膜，则或者流过防充电膜)，并流入电子源，之后它另外经电子源驱动导线流入地。参见图11A，这一电流路径与电流i₃与i₄的电流路径相对应，该电流路径的阻抗的主要因素将是通过背板表面或防充电膜的电流路径的电阻。如果电子源的周长为100cm并与低电阻导电构件相距1cm，并且防充电膜具有10⁸Ω/□的表面电阻，假定电流平均流过防充电膜，则电流会遇到一个约1MΩ的电阻。若与接地线的阻抗相比，则该值足够大。

若无防充电膜，则该部分的电阻会更大。

另一方面，如果把分开电子源和低电阻导电构件的距离减小到1mm，则这部分的电阻将为上述值的1/10。如果继续将该值减小到上述值的1/10的一小部分，则在低电阻导电构件与电子源之间的电阻将约为10KΩ。这将是一个极个别的情况，实际值会比该值大。当不存在接地线时，这部分的电阻将控制低电阻导电构件与地之间的电流路径的阻抗。这样，该电流路径的阻抗Z’基本上与整个电流路径的电阻(下文将用R’表示它)相等，其中在低电阻导电构件与电子源之间的电阻占主要部分。

如果放电电流流入低电阻导电构件，则另外经过低阻抗线从低电阻导电构件流向地的电流与经过防充电膜从低电阻导电构件流入电子源、然后经过电子源发射元件和电子源流到地的电流之比等于阻抗Z的倒数与阻抗Z’(

R’)的倒数之比。如果R’是Z的十倍，则当无低阻抗线时，因放电现象引起的通过电子源流向地的放电电流将会是其对应值的一部分。

在低阻抗线的阻抗中，10MHZ频率下的自感应元件约为10Ω，而1GHZ频率下的自感应元件约为1KΩ。因此，如果电阻元件(下文中将用R表示)低于1KΩ，那么在低于1GHZ的频率范围内的阻抗Z将为1KΩ或更小或低于Z’(

R)的1/10。如果R低于100Ω，那么在低于100MHZ频率范围内的阻抗Z将为100Ω或更小。

不可能以简单的关系来确定流入电子源的电流的减少程度，在发生放电现象时该减少程度能使电子发射元件、真空壳体和驱动电路不被破坏，因为该减少程度能够变化在很大程度上取决于各个成像装置的各个参数。但是，可以假设流入电子源的放电电流将表现出统计学中的某种离散形式，根据经验，通过把流入电子源的放电电流减小一位或两位数能够大大减小损坏电子源的可能性。

尽管在以上的描述中假设R’表现出一个最小值10KΩ，可是当R’比上述值大并且R小于R’的1/10或1/100时，预计可获得类似或更大的效果。

低电阻导电构件5可以由导电碳例如碳膏制成。通过为该导电构件的厚度选择一个足够大的值以获得该电流路径相对于其它电流路径的足够小的阻抗，可以很容易地将低电阻导电构件与接地线之间的电阻保持在100Ω。

也可以以不同于上述形式的另一种形式来获得接地端15。作为一种可选择的方案，可将它引到背板的背面。

在图2C中，参考数字18代表一个高压输入端，用来给成像构件12施加一个高(正电压Va)。象在接地端的情况中一样，输入端18包括一个导体16和一个绝缘体17。采用这种结构，沿绝缘体17的侧向表面可能发生放电，因此，最好使低电阻导电构件5围绕着如图1中所示的通孔7，以便防止放电电流流入电子源2和真空壳体。

另一方面也可将高压导线抽出到面板一侧。从防放电的观点看，这种结构是有利的，因为绝缘层并未承受高电，因此不会频繁发生放电现象。

防充电膜14不只形成于面板的内壁表面、支撑架和背板上，而且形成于吸气器遮护板9上。

任何种类的电子发射元件都可用于电子源2，只要它们在电子发射性能和元件的尺寸方面适于成像装置。可用于本发明目的的电子发射元件包括热电子发射元件和冷阴极元件例如场致发射元件、半导体电子发射元件、MIM型电子发射元件和表面传导电子发射元件。

在以下的实施例中很好地使用了由本专利的申请人所申请的日本专利申请公开平7-235255中所公开的一类表面传导电子发射元件。图8A与8B示意性地说明了在以上专利文件中所公开的一种表面传导电子发射元件。图8A是平面图，图8B是剖面图。

参见图8A与8B，该元件包括一个衬底41、一对元件电极42与43、一层连接到元件电极上的导电膜44。在导电膜的一部分中形成电子发射区45。具体地说，电子发射区45是一个高电阻区，通过在一个被称作激励成形的过程中局部破坏导电薄膜44或使其变形或改变它以使它出现一个裂缝来产生这样一个高电阻区。然后，将会从该裂缝及其附近区域发射电子。

激励成形过程是一种将电压施加在上述那对元件电极42与43上的过程。要被用于激励成形的电压最好具有一个脉冲波形。可以如图5A中所示连续施加一种具有恒定高度或恒定峰值电压的脉冲电压，另一方面，也可以如图5B中所示施加一种具有渐增高度或渐增峰值电压的脉冲电压。该波形并不限于三角波。也可以使用方波或其他波形。

在进行完激励成形工作之后，元件受到“活化过程”的处理。

在活化过程中，可在含有机物的气氛中将一个脉冲电压反复施加到元件上，在电子发射区上和/或周围淀积一种含碳或碳化合物为主要成分的物质。通过活化过程，在元件电极之间流过的电流(元件电流If)和由从电子发射区射出的电子所产生的电流(发射电流Ie)都升高了。

然后，最好使已在激励成形过程中和活化过程中处理过的电子发射元件受到稳定过程的处理。这是一个用来去除留在真空壳体中电子发射区附近的任何有机物的过程。用于此过程的排气装置最好不涉及使用油，以便不产生任何可对所处理的元件的性能产生不利影响的蒸发油。因此，对包括一个吸附泵和一个离子泵的排气装置的使用是一个较好的选择。

真空壳体中有机气体的局部压强是这样的，即，不会使另外的碳或碳化合物淀积于元件上，并且，该局部压强最好低于1.3×10^-6Pa，更好的是低于1.3×10^-8Pa。在加热整个真空壳体期间，该壳体最好被抽空，从而也能容易地消除由真空壳体内壁和电子发射元件所吸收的有机分子。尽管最好将真空壳体加热尽可能长的时间以达到80到250℃，尤其高于150℃，但也可根据真空壳体的尺寸与外型和壳体中电子发射元件的结构以及其他的考虑来选择其他加热条件。需使真空壳体中的压强尽可能地低，最好是低于1×10^-5Pa，更好的是低于1.3×10^-6Pa。

在完成稳定过程之后，最好使气压保持在能驱动电子发射元件的程度，但是如果充分去除了壳体中的有机物，则可以采用更低的压强而不会破坏电子发射元件或电子源工作的稳定性。

通过采用这样一个气压，能够有效地抑制任何另外的碳或碳化合物淀积层的形成，并能消除由真空壳体和衬底所吸收的水分与氧，从而稳定元件电流If与发射电流Ie。

图9表示出一个曲线图，该曲线图示意性地说明了一个以上述方式制备的表面传导电子发射元件的元件电压Vf与发射电流Ie和元件电流If之间的关系。应注意到，考虑到Ie具有一个比If的幅值小得多的幅值这一实际情况，可以为图9中的Ie和If任意选择不同的单位。还注意到，该曲线图的纵轴与横轴都表示出一个线性比例尺。

参见图9，当电子发射元件上所施加的元件电压Vf超过一定程度电压值(下文称作阈值电压，在图9中用Vth表示)时，电子元件表现出发射电流Ie的突然且急剧的增大，而当发现所施加的电压低于阈值电压时，几乎无法发现发射电流Ie。换句话说，该电子发射元件是一种非线性元件，它具有一个对于发射电流Ie来说清楚的阈值电压Vth。因而可以通过在两维空间内设置许多在其对面装有一个成像构件的电子发射元件和用一个矩阵布线***连接电子发射元件来获得一个成像装置。然后，可以通过用一个简单的矩阵驱动结构驱动所选择的电子发射元件以发射电子并且用电子照射成像构件来形成图像。

现在，将描述包括一层荧光层的成像构件。图10A与10B示意性地说明了荧光层的两种可能的结构。如果显示面板用来显示黑白图像，则荧光层51仅包括一个单独的荧光体，尽管如此，它也需包括用来显示彩色图像的黑色传导构件52和荧光体53，其中根据荧光体的结构把前者称作黑色条或一个黑色矩阵。为一个彩色显示面板而在荧光体之间设置黑色条或一个黑色矩阵的元件，以便通过将周围的区域变暗使得任何三原色可能的混合不易被辨别，并且降低减小所反射的外部光线的显示图像的对比度的有害影响。尽管一般把石墨用作黑色条的主要成分，但是也可以采用其他具有低的光透射率与反射率的导电材料。

不管是黑白显示还是彩色显示，都适于用一种沉淀技术或印刷技术将一种荧光材料涂在面板11上。将一个普通的金属敷层涂在荧光层51的内表面上。设置该金属敷层是为了通过使射自荧光体并射向壳体内部的光线向面板11返回来增强显示面板的辉度，也为了将它用作一个用来将加速电压加到电子束上的电极，以及为了保护荧光体免遭当壳体内部所产生的负离子撞击它们时可能造成的损坏。通过使荧光层的内表面平滑(在操作时一般称为“镀膜”)，并且在形成荧光层之后用真空蒸发作用在其上形成一层Al薄膜，制备该金属敷层。

可以在面板的荧光层51的外表面上形成一个透明电极，以便提高荧光层51的传导率。

如果涉及彩色显示，应务必在将以上所列的壳体的元件粘接在一起之前准确地对准每组彩色荧光体和一个电子发射元件。

一种具有上述结构的平板型电子束成像装置能够以显著改善的稳定性工作。通过给电子发射元件施加一个扫描信号和一个图像信号并且通过还给成像构件的金属敷层施加一个高电压来使这样一个平板型成像装置显示图像，用一个矩阵布线结构连接所述电子发射元件。

另外将通过参照附图和通过实例来描述本发明。

〖例1〗

在本例中，通过在一个成像装置的背板上设置多个表面传导电子发射元件并用一个矩阵布线结构连接它们来为该装置配备一个电子源，将所述背板用作衬底。参照图3A到3E和图4来描述制造该装置的步骤。

(步骤a)

在对一块钠钙玻璃进行彻底清洗之后，通过溅射在其上形成一层厚度为0.5μm的二氧化硅膜以制成背板1。然后，用一个超声波钻孔机在背板上钻一个直径为4mm的圆形通孔7(见图1)，该通孔7用来引入一个高电压端。

之后，通过溅射和光刻法在背板上依次形成厚度分别为5nm和100nm的钛膜和镍膜，以为每个电子发射元件制作一对元件电极21和22。这些元件电极互相分离2μm(图3A)。

(步骤b)

接着，通过印刷法将银糊状物涂敷到背板上以表现出一个预定的图案，然后烘干银糊状物以制成Y轴方向导线23，将这些导线延伸到电子源成形区的外部，作为如图1中所示的电子源驱动导线3-2。每条导线为100μm宽、约10μm厚(图3B)。

(步骤c)

然后，用印刷法把通过对作为主要成分的PbO和低熔点玻璃进行混合所制备的糊状物涂在其上，以制成一个约20μm厚的绝缘层24，该绝缘层24用来使Y轴方向导线与X轴方向导线相互绝缘，下面将描述X轴方向导线。绝缘层24上设有一个开口区域，该区域用于每个电子发射元件的元件电极22以便能将元件电极连接到相应的X轴方向导线上(图3C)。

(步骤d)

随后，以上述用于Y轴方向导线23的一种方式在绝缘层24上形成X轴方向导线25(图3D)。每个X轴方向导线25为300μm宽、约10μm厚。接着，为每个元件形成一层微小的PdO颗粒的导电膜26。

具体地说，通过用溅射法在载有导线23与25的衬底1上形成一层铬膜来制成导电膜26，然后用光刻法穿过膜形成一个与导电膜26的形状相对应的具有一形状的开口。

随后，将一种有机Pd化合物溶液(CCP-4230：可从OkunoPharmaceutical Co.，Ltd.获得)涂在铬膜上，并在大气中300℃条件下烘12分钟，以制成一层微小的PdO颗粒膜。然后，用湿蚀刻法去除铬膜并将微小的PdO颗粒膜取走以制成具有预定形状的导电膜26(图3E)。

(步骤e)

再一次把通过对作为主要成分的PbO和低熔点玻璃进行混合所制备的糊状物涂到与元件电极21与22、X轴与Y轴方向导线25与23和导电膜26的那些区域不同的区域中的背板上(图1中的电子源区2)，该区域对应于图1中的支撑架4的内部。

(步骤f)

之后，将金糊状物涂到一个0.5mm厚的石英玻璃架上，该石英玻璃架具有一个与要形成的低电子导电构件的外形基本相同的外形，但如图4中所示，该石英玻璃架的宽度比后者的宽度稍大些。然后，烘干金糊状物以制成一个2mm宽、约100μm厚的低电阻导电构件5。但是，应注意到，四个设有用于接地端的接合部分6的角中的每一个呈一个半径为5mm的圆形的四分之一的形状，而用来形成一个用于高电压引入端的通孔7的部分具有一个直径为8mm的圆形轮廓，穿过其中央钻一个直径为4mm的通孔。然后，将低电阻导电构件5覆盖在背板上，将通孔7与高电压引入端对齐，通过制作绝缘层对低熔点玻璃进行热处理，同时，保证载有低电阻导电构件5的石英玻璃架27装在合适的位置。

将石英玻璃用于架27以便能充分防止在低电阻导电构件5与电子源驱动导线3-1、3-2和3-3之间发生绝缘击穿。因此，如果可能用低熔点玻璃提供一个足够的绝缘耐压，则可由低熔点玻璃制成绝缘层，并可将低电阻导电构件5制作在其上。

(步骤g)

用熔结玻璃将支撑架4粘到背板上，以保证在背板与面板11之间有一如图1与图2A到2C中所示的间隙。同时，用熔结玻璃将吸气器8固定到其合适的位置。接着，通过将微小的碳颗粒的一种分散溶液喷涂到制成真空壳体的内表面的区域上，然后烘干该溶液，形成防充电膜14，使它表现为一个约为10⁸Ω/□的表面电阻。

(步骤h)

然后，通过采用如背板的情况中那样具有一个二氧化硅层的钠钙玻璃衬底制备面板。用超声波切割制成一个开口，该开口用来连接一个排气管和一个接地端引入口。随后，用金制成高电压引入端接合部分和用来将它们连接到金属敷层上的导线，然后为荧光层制作黑色条和条形荧光体并使它们经受镀膜加工。之后，通过真空蒸发在其上形成一层厚度约为20μm的铝膜以制成金属敷层。接着，通过将微小的碳颗粒的一种分散溶液喷涂到制成真空壳体内表面的区域上然后烘干该溶液，制成防充电膜14。在该所制成的膜中，形成于金属敷层上的区域具有抑制入射电子束反射的效果，并由此防止因所反射的电子撞击真空壳体的内壁而发生的充电现象。

(步骤i)

然后用熔结玻璃将粘到背板上的支撑架4粘到面板上。也在此加工阶段中粘接接地端、高电压引入端和排气管。通过把一个镀有金的银棒压入含作为其主要成分的氧化铝的绝缘层来制备接地端和高压引入端。

应注意到电子源的电子发射元件和面板的荧光层被与位置对应之处对准。

(步骤j)

然后，借助排气管将所制备的成像装置连接到排气装置上，以抽空壳体的内部达到10^-4Pa压强水平或更低，此时启动激励成形过程。

通过将一个脉冲电压沿X轴方向在一行接一行的基础上施加到电子发射元件上来进行激励成形过程，所述脉冲电压具有如图5B中所示的随时间逐渐增长的峰值。脉宽与脉冲周期分别为T1＝1毫秒和T2＝10毫秒。在激励成形过程中，将0.1V的附加脉冲电压***成形脉冲电压的各周期中，以便测定电子发射元件的电阻，当该电阻超过1MΩ时，终止激励成形加工工作。这样，对所有行都进行激励成形加工工作以完成该过程。

(步骤k)

接着，使电子源经受活化过程的处理，在该过程之前，用一个离子泵进一步将真空壳体的内部抽空达低于10^-5Pa压强水平，使成像装置的温度保持在200℃。接下来，将丙酮注入真空壳体，直到其内内部压强升高到1.3×10^-2Pa。然后，将幅值高度为16V的方波脉冲电压在一个接一个的基础上，加到X轴方向导线上。脉宽与脉冲周期分别为100微秒和125微秒。这样，以10毫秒的间隔将一个脉冲电压加到每个X轴方向导线上。通过该过程，把含作为其主要成分的碳的一层膜淀积在每个电子发射元件的电子发射区上及其周围以增大元件电流If。

(步骤l)

之后，执行稳定过程。用离子泵再次抽空真空壳体的内部达10小时，使成像装置的温度保持在200℃。本步骤用来去除留存在真空壳体中的有机物分子，以防所淀积的、含作为其主要成分的碳的膜进一步增厚，并且稳定每个电子发射元件的性能。

(步骤m)

在将成像装置冷却到室温后，将接地端与地相连，象步骤k中那样将一个脉冲电压加到X轴方向导线上，并通过高电压引入端另外将一个5KV的电压加到成像构件上，以使荧光层发光。在用眼睛看确定荧光层均匀发光而没有任何不发光或显示极暗的区域之后，停止将各个电压加到X轴方向导线上和成像构件上。然后，通过加热并熔化排气管来牢牢地密封它。随后，使成像装置经受吸气过程的处理，该过程采用高频加热法以完成整个制造过程。

按照上述步骤制备成像装置的另一个试样，然后将面板部分切开以测量低电阻导电构件和地之间的阻抗，它约为10Ω。之后，在切断接地线与地之间的连接后再次测量该阻抗，发现它等于约1MΩ，这表示低电阻导电构件与地之间不存在接地线时的电阻。

然后，再次将各电压分别加在例1中成像装置的电子源和成像构件上，以使成像构件发光。施加在成像构件上的电压为6KV。

虽然图6A中未表示出来，但在以上测量期间，用导电橡胶把成像装置的面板的周边部分固定到地上，以致面板与支撑架之间和支撑架与背板之间基本上没有电解电流流过，并防止粘接它们的熔结玻璃老化。

如图6A中所示，通过在高压电源31与高电压引入端18之间接一个安培表32观察驱动成像装置的工作情况，以便通过流过它们之间的电流来了解放电现象。在图6A中，参考数字33、34和35分别代表记录仪、电子源驱动电路和成像装置。安培表32通常只检测非常小的电流，该电流大约代表了一个大部分流过成像装置35的真空壳体内表面上防充电膜14的电流，但是，偶尔出现的、由图6B中的箭头所指示的峰值电流表明在真空壳体中发生了放电。这样，通过记录电流可以测定放电次数。

连续10小时观察上述成像装置的工作情况，在这期间，记录了六次放电并且未在所显示的图像中发现象线瑕疵这样的毛病。

〖例2〗

制备一个象例1中那样的成像装置，只是其低电阻导电构件由石墨糊状物制成，然后以上述一种方式观察所制备的装置的性能，发现它象例1中相对应的部分一样工作，在例1中相对应部分中的低电阻导电构件通过烘干金而形成。在本例中的装置的低电阻导电构件与地之间的电阻约为100Ω，在例1的装置和本例的装置之间不存在显著的差别。

〖例3〗

在例1的成像装置中，将接地端从面板侧引入真空壳体中，而将高电压引入端从背板侧引入真空壳体中。相反，在本例中，如图7A和7B中所示，将接地端从背板侧引入真空壳体中，而将高电压引入端从面板侧引入真空壳体中。当进行观察时，本例所制备的成像装置象其在例1中的对应部分一样工作。采用本例的结构，使高电压端的绝缘体17的侧面不受能导致放电的高电压影响，由此无需为它采用一个低电阻导电构件。

〖例4〗

根据例1中的步骤制备一个成像装置，只是在步骤h中不形成防充电膜。当象例1中那样通过将一个电压加到成像构件上以驱动该成像装置时，可观测到总共十五次放电而没有损坏电子发射元件。

〖例5〗

图12A是在本例中所制备的成像装置的一个平面示意图，通过去除面板显示出其内部。图12B是沿图12A中的线12B-12B的剖面示意图。在图12A与12B中，参考数字19代表由导电膜制成的一个接地端，通过与制备电子源驱动导线3-1、3-2和3-3以及低电阻导电构件5相似的一个过程制备该接地端。使用一个宽的导电膜充分减小了该区域的电阻。另外，本例中的成像装置和例1中的其对应物相同并且工作情况相似，不过仅在真空壳体的一端从真空壳体中抽出X轴方向导线，以致由参考符号3-3所代表的导线和接地端19不分层于本例的装置中。

采用这种结构，当把接地导线固定到背板一端的接地端19上时，需要一个额外的空间，在面板或背板中不需为安装接地端而设置的通孔，以便简化该成像装置的整个结构并由此简化制造它的过程。

〖例6〗

在本例中，如图13中所示，将低电阻导电构件仅安装在电子源的一侧。象例3中那样，在面板中为高压引入端形成一个通孔。另外，本例中的装置与例1中其对应物相同。为了驱动电子源，X轴方向导线和Y轴方向导线分别作为负极侧和正极侧工作，且以如图3E中的一种方式连接电子发射元件和上述导线，以使射自电子源的电子动量在图13中具有从右到左方向上的一个分量。因此，假设由成像构件所散射的电子通常撞击真空壳体的左侧，由此易在该处发生放电。这就是如图13中那样将低电阻导电构件仅安装在电子源的左侧的原因，从而避免损坏电子发射元件。

应注意到，通过把横向场发射型电子发射元件用作按照本发明的成像装置的电子发射元件可实现本例的作用。还应注意到，可将低电阻导电构件安装在易于因某种或其他原因导致放电的任何有限的区域内。

〖例7〗

在本例中，把高电压引入端18和接地端15都通过背板引入。图14是本例结构的平面示意图，通过去除面板显现出壳体的内部。图2A、2C和7A分别表示出沿线2A-2A、2C-2C和7A-7A的剖面。将接地端15的导电棒16接到低电阻导电构件5上。如图14中所示，将所有要用于接地端的、可有大电流流过的高电压端和要承受高电压的高电压端抽出到成像装置的背面以利于保护用户。另外，该成像装置不含投影，从而在外观和无阻碍宽视角方面占有优势。最后，该结构还有另一优点，即，可将驱动电路和其他元件装在背板的后面以降低成像装置的高度。

但是应当知道，根据成像装置的结构或构造，在适当的位置可随意设置高电压引入端和接地端，而不会受到任何对上述结构的限制。

尽管在使用电子源的表面传导电子发射元件方面对本发明进行了描述，但是本发明并不限于使用其他装置，可以用场发射型电子发射元件、半导体电子发射元件和某种其他类型的电子发射元件代替该表面传导电子发射元件。

另外，尽管使成像装置的背板作为上述各例中任何一个中的电子源的衬底工作，但也可以分别制备背板和衬底，以便在制成电子源之后能够把衬底固定到背板上。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以修改按照本发明的成像装置的上述构件。可以将图1中的行方向上的导线3-1和3-2从一侧抽出。

因而，有效地保护了按照本发明的成像装置，即，如果在该装置的真空壳体内部发生放电，则电子源与电子源驱动电路不会老化和受到损坏，由此使该装置可靠地工作。

所以，可使按照本发明的成像装置的真空壳体的构件免遭断裂，这些断裂可通过在这些构件上发生的放电来产生。

最后，按照本发明，可将包括一个电子源的成像装置做得非常薄。

Claims

1、一种成像装置，包括：

壳体；

电子源，设置在所述壳体内；

成像部件，设置在所述壳体内，并且其上被施以一个用以加速从所述电子源射出的电子的电压；

从所述壳体引出的施加电压端，用以向所述成像部件施加电压；以及

围绕所述施加电压端的引出部位而设置的导电部件。

2、如权利要求1所述的成像装置，其中所述导电部件接地。

3、如权利要求1或2所述的成像装置，其中所述引出部位位于其上设置了所述电子源的基板的一侧。